法國海洋可再生能源結構工程商Ceteal公司日前表示，其在海上風電領域新推出的X形混凝土浮動基礎平臺與其他廠商的其他設計相比具有顯著的制造和運營優勢。

該公司研發總監Pascal Heisel表示，開發的X形半潛式混凝土平臺XCF是一種簡單、靈活且具有成本競爭力的浮動式海上風能解決方案。無論海浪的涌動方向如何，其對稱設計可確保平臺的穩定和平衡。


簡單的解決方案

其平臺由X形浮筒末端的四個圓柱形浮子組成，其中心浮子平臺用于承載風力發電渦輪機，并采用輕鋼結構提供水平支撐。Heisel說，該公司從一開始就設計用于10MW及以上的風力渦輪機，其重點是易于大規模生產，并將整體尺寸保持在最低水平。

Ceteal公司通過與法國開發商Nass＆Wind公司的合作開發并獲得技術專利。Ceteal公司專門設計開發海上風能和潮汐能的基礎平臺，法國開發商Nass＆Wind公司與DCNS（現為Naval Energies）公司合作開發WinFlo浮動基礎項目。Heisel解釋說，兩家公司在2015年開始研究如何為6MW以上的風力渦輪機設計更高效的浮動平臺。

Ceteal公司將會借鑒其姊妹公司Mareal公司的知識和經驗。而Mareal公司在石油和天然氣行業的海上設計方面擁有超過15年的經驗，其目的是提出一種盡可能簡單的解決方案，因此不會輕易導致項目失敗。Heise表示，他們使用電子表格來創建設計，應用計算來檢查概念，而不是首先付諸實踐。“解決問題的最好辦法就是做好規劃和準備。”他說。

Ceteal公司還通過分離出四個主要功能簡化了設計過程：垂直載荷、傾覆力矩、水平位移、動力學特性。

該公司最初的決定是構建鋼筋混凝土平臺還是鋼質平臺。Heisel表示，混凝土具有很好的特性，因為其材料不易疲勞和腐蝕，使用壽命更長，成本更低，并且更多地利用當地供應鏈。

鋼筋混凝土圓形部件念依賴于其形狀阻力可以提供更高的強度，并有助于確保耐波性。這也意味著當海水沖刷其結構頂部時，不會受到波浪撞擊或水力負荷的影響。其浮筒由內部矩形框架組成，該框架具有抵抗傾覆力矩，由圓柱形外殼保護以抵抗海浪的壓力。

初步研究表明，平臺采用三個漂浮物不足以支撐大型渦輪機，因此Ceteal公司采用四個漂浮物。這具有提供兩個對稱軸設計的附加優點，使得無論海浪涌動的方向如何，其平臺將保持穩定平衡。這意味著XCF平臺可以在惡劣的多向環境中應用，例如在旋風區域中的環境。四個浮子在某個浮子損壞的情況下也將提供更多冗余。

XCF平臺也可以采用六個甚至八個浮筒和浮子。 “由于12MW風力渦輪機最近剛剛推出，我們還不知道它們的所有特性。”Heisel說，“而根據港口設施和現場條件，采用六個漂浮物可能更加經濟可行。”

設計靈活

該設計在許多其他方面也很靈活。例如，有多種方法可以將風力渦輪機塔架固定到中央浮子上，雖然它是為簡單且經過充分驗證的懸鏈系泊設計的，但該平臺可以適用于張力腿系統。

Heisel說，XCF平臺也可以采用鋼材制造，雖然這不會那么有效。鋼材與混凝土相比質量更輕。這意味著重量和浮力之間的比例有所不同的，需要不同的尺寸，并且提供不同的經濟可行性。

該平臺適用于不同尺寸的渦輪機，并將成為系列產品。風力渦輪機的部署也取決于基礎平臺，其中一些容忍傾斜度低于其他基礎平臺。“對風力渦輪機和平臺進行耦合設計非常重要。”Heisel指出。這不僅對于浮子式聯軸器很重要，而且對于港口設施也很重要。更高、更重的渦輪機需要更大的浮子尺寸，從而影響港口所需的空間和最小水深。

Heisel表示，在尺寸方面，浮動平臺是一個正方形，平臺每邊長度大約是渦輪機高度的一半。相比之下，對于不太緊湊的設計，每側長度大約為渦輪機高度的三分之二。對于120米高的渦輪機，該平臺的尺寸約為60×60米。然而，模塊化結構和X形結構允許更有效地使用承載空間。

大量生產

Heisel說，Ceteal公司從最早的階段開始考慮施工，選擇適合大規模生產的模塊化概念。其目標是能夠在兩年的時間內構建和安裝60個浮動平臺。

這些平臺模塊可以使用能夠提升至400噸的小型起重機在碼頭組裝，然后在安裝風力渦輪機之前將平臺移到自升式船或半潛式平臺上，雖然這也有一定的靈活性，港口的水深通常為8-9米，但其設計可以在一定程度上適應較淺的水域。

一旦開始安裝，浮動平臺和風力渦輪機可以使用兩條或三條拖船牽引到海上安裝現場，總重量為200-300噸。 Heisel表示，圓形平臺具有較低的阻力意味著可以使用價格更低、功能更少，并且通用的拖船。他補充說，較低的阻力也將有助于其適合在海流強勁的地區部署，例如亞洲部分地區。

降低成本

根據當地原材料的供應和價格、當地勞動力成本和港口設施，這個結構將花費大約5-6百萬歐元的費用。優化混凝土設計允許團隊以多種方式降低成本。

Heisel說，混凝土不需要預應力來增加彈性，這是XC F平臺獨有的特性。而且由于它不需要應對預應力，它可以由成本更低和更容易獲得的混凝土制成。

同樣，混凝土也需要較低的鋼筋比例。Heisel估計，根據渦輪機的不同，XCF平臺需要每立方米混凝土約采用150-200千克鋼材，可能是競爭對手可能使用的一半。

節省運營成本

Heisel承認，XCF平臺的資本支出成本可能更高一些，因為它部署了大量的監控設備。然而他認為，在XCF平臺的全生命周期中可以節約更多的成本，其總價是由資本性支出和運營成本以及退役成本組成的。

同樣，運營維護從一開始就構成了XCF平臺設計過程的重要部分。而采用大量的攝像頭和傳感器都可以訪問并更換，使得維護團隊能夠全天候查看正在發生的事情，并監控平臺的情況。如果出現問題，他們可以遠程分析，并在基地設計解決方案，然后再派遣人員進行維修。Heisel指出，這節省了大量的時間和費用。也可以連續監控其系泊線，因此維護團隊可以檢測任何污垢，并泵出壓載水以補償額外的重量。

如果發生事故，例如船舶與平臺發生碰撞，工程師可以遠程分析平臺損壞的嚴重程度，并穩定平臺以恢復功能，而無需先派出船只或直升機。

Heisel指出，此外，如果維修人員遇到惡劣天氣，他們可以安全地從平臺通過混凝土浮橋內的通道進入渦輪機躲避。


XCF平臺已完成第一階段的浮筒測試（如圖所示），用于校準和微調流體動力學系數，并正在進行認證過程。與此同時，Ceteal公司及其合作伙伴正在進一步優化設計，旨在減小浮筒的尺寸，并改進可以承載12MW渦輪機的設計Ceteal公司。現在正在尋找投資者和工業合作伙伴，以建立一個規模更大的平臺。

Ceteal公司希望將其平臺將其添加到大型商業項目中，其中開發人員選擇了能夠制造大型混凝土結構的港口。Heisel指出，作為一個額外的好處，比較風力渦輪機在XCF浮動平臺和固定底部重力基礎上的輸出和行為也是有趣的。

與此同時，他們回復了兩項有興趣裝備500MW項目的請求，一項在亞洲，另一項在法國。

如今，還有許多浮動平臺已經投入使用或接近部署。Hywind公司2009年部署了spar buoy浮動平臺，可以承載2.3MW西門子渦輪機。當Equinor公司委托Hywind公司部署五個風力渦輪機30MW 的Hywind Scotland項目時，其技術改進邁出了重要一步。

它仍然是世界上唯一的商業性浮動平臺，Equinor公司正在尋求其他技術途徑，特別是支持北海地區的石油和天然氣開采。

Principle Power公司的鋼制半潛式設計被稱為WindFloat，于2016年成功完成了一個為期五年的示范階段，其中2MW渦輪機位于葡萄牙海岸附近。隨后是規模更大的WindFloat Atlantic項目，該項目將采用8.4MW的MHI Vestas V164渦輪機，這是迄今為止安裝在浮式地基上的最大的渦輪機，預計于2019年投入使用。

WindFloat Atlantic項目將在距離葡萄牙西北海岸約20公里的水深約100米處部署運營。與采用標準33kV電纜的Hywind Scotland不同，它將提供66kV陣列和輸出動態電纜。

Windfloat設計也被選用于法國水域的三個風力渦輪機的24MW Golfe du Lion項目，而Principle Power公司還在美國加利福尼亞海岸開發100-150MW浮動平臺項目。

Ideol公司試驗性Floatgen混凝土平臺（如圖所示）采用其創新的“阻尼池”技術，配備2MW的Vestas風力渦輪機，并于今年4月在法國工廠安裝。最近在日本北九州附近安裝了鋼質浮動平臺，支持雙葉片3MW Aerodyn風力渦輪機。Ideol公司還將為地中海Le Gruissan的EolMed 24.8MW項目提供了四個漂浮物。


此外，西門子公司前首席技術官Henrik Stiesdal設計的TetraSpar浮動基礎平臺雖然并不先進，但吸引了業界的興趣。丹麥基金管理公司Copenhagen Infrastructure Partners已與海外開發商Magellan Wind成立合資公司，為美國市場開發張力腿浮動平臺。